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基本信息

項(xiàng)目名稱：
磁性銅離子印跡聚合物的合成與性能研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
隨著廢水污染日益嚴(yán)重和資源日益短缺，目前治理廢水不僅要求“盡量去除各種污染物”逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤氨M量從廢水中回收各種有用之物”。針對(duì)上述技術(shù)需求，采用表面離子印跡技術(shù)、溶膠凝膠與磁性分離技術(shù)耦合，合成了核殼結(jié)構(gòu)磁性銅離子印跡聚合物。并通過IR、XRD等方式對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，采用靜態(tài)吸附法研究了吸附容量、選擇性因子等吸附性能。研究結(jié)果發(fā)表在二區(qū)期刊Ind. Eng. Chem. Res.雜志上。
詳細(xì)介紹：
針對(duì)目前處理重金屬?gòu)U水主要是盡量去除各種重金屬污染物，而不是盡量回收各種重金屬的缺陷，本研究擬設(shè)計(jì)一種具有選擇性去除和回收功能的新型材料，為廢水中重金屬處理提供一種新手段。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，我們通過溶膠凝膠和表面印跡技術(shù)把離子印跡材料的高選擇性和Fe3O4的磁分離性能有機(jī)結(jié)合，成功合成了新型磁性銅離子印跡聚合物（Cu (II)-MIIP）。紅外、熱重分析和XRD數(shù)據(jù)表明離子印跡聚合物成功地接枝到Fe3O4表面。激光粒度儀分析結(jié)果表明Cu (II)-MIIP尺寸主要分布在1.0 μm到10.0 μm。Cu (II)-MIIP飽和磁強(qiáng)度值為55.00 emu/g，該飽和磁強(qiáng)度值已經(jīng)足夠用于磁性聚合物的磁性分離。通過靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)得出吸附容量為58.20 mg/g，并且符合Langmuir吸附模型；Cu (II)-MIIP對(duì)于Zn (II)和Ni (II)的選擇性系數(shù)分別是49.44和50.38，表現(xiàn)了高的選擇性和印跡效果。重復(fù)五次后仍然保持較高的吸附容量，表明該磁性離子印跡聚合物具有較好的再生能力和穩(wěn)定性。該磁性離子印跡聚合物與電解技術(shù)耦聯(lián)，有望為重金屬?gòu)U水選擇性去除和資源化提供了新途徑。上述研究成果發(fā)表在中科院SCI期刊工程技術(shù)二區(qū)期刊的Industrial and Engineering Chemistry Research雜志上，并且申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專利1項(xiàng)，現(xiàn)已通過實(shí)審。

作品圖片

  • 磁性銅離子印跡聚合物的合成與性能研究
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作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

針對(duì)目前處理重金屬?gòu)U水主要是盡量去除各種重金屬污染物，而不是盡量回收各種重金屬的缺陷，本研究擬設(shè)計(jì)一種具有選擇性去除和回收功能的新型材料，為廢水中重金屬處理提供一種新手段。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，我們通過溶膠凝膠和表面印跡技術(shù)把離子印跡材料的高選擇性和Fe3O4的磁分離性能完美結(jié)合，成功合成了新型磁性銅離子印跡聚合物，并初步設(shè)計(jì)基于磁性銅離子印跡聚合物的廢水處理新工藝。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

1、采用的表面離子印跡技術(shù)，解決了本體印跡技術(shù)離子包埋深、傳質(zhì)阻力大、模板離子洗脫不完全的問題。 2、賦予離子印跡聚合物磁學(xué)性能，能夠讓這種吸附劑在溶液中迅速分離，克服了傳統(tǒng)吸附劑離心和過濾繁瑣的操作過程。 3、在處理重金屬?gòu)U水的同時(shí)能夠選擇性回收重金屬，并將其與電解技術(shù)耦聯(lián)，為重金屬?gòu)U水資源化提供了新途徑。 據(jù)知，至今還沒有關(guān)于在Fe3O4表面合成金屬離子印跡聚合物的報(bào)道。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

將磁性銅離子印跡聚合物與電解技術(shù)耦合，能夠使銅離子轉(zhuǎn)化為銅單質(zhì)，實(shí)現(xiàn)廢水中貴重金屬離子的資源化。磁性印跡技術(shù)不但提供了一種處理廢水中重金屬的新方法，而且還具有一定的廣義性，不僅能運(yùn)用于銅離子，也能運(yùn)用于其他重金屬，如Pb2+、Cd2+、Fe3+、Co2+等的分離。既能實(shí)現(xiàn)環(huán)境生態(tài)效益，又具有非常好的應(yīng)用前景和一定的經(jīng)濟(jì)意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

A novel Cu (II) magnetic ion imprinted polymer (MIIP) was prepared via sol-gel method. The maximum sorptions calculated from the Langmuir isotherm are 58.20 and 23.10 mg/g for Cu (II)-MIIP and magnetic non-imprinted polymer (MNIP), respectively. The kinetics studies showed that the adsorption process obeyed pseudo-second-order kinetic model. The selectivity coefficients of the Cu (II)-MIIP for Cu (II) in the presence of Zn (II) and Ni (II) are 49.44 and 50.38, respectively.

獲獎(jiǎng)情況

1、論文《Selective separation of Cu (II) from aqueous solution with a novel Cu (II) surface magnetic ion-imprinted polymer》已發(fā)表在美國(guó)化學(xué)會(huì)《Industrial and Engineering Chemistry Research 》（Ind. Eng. Chem. Res. 2011, 50, 6355–6361）. 2、《磁性金屬離子表面印跡聚合物的制備方法和應(yīng)用》，申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專利,已通過實(shí)審，公開號(hào),201010252060.4。 3、于2011年5月第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽某省賽區(qū)獲“一等獎(jiǎng)”。

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

重金屬是水和土地中最重要的污染之一，主要是通過一些工業(yè)廢水排放到水環(huán)境中。目前，去除廢水中重金屬離子的吸附劑主要有殼聚糖、天然無機(jī)礦物、功能化的聚合物和碳納米管等。這些吸附劑具有一些共同的缺點(diǎn)例如選擇性差、重復(fù)使用性低。因此，急需發(fā)展一種具有較高選擇性和重復(fù)使用能力的新型吸附劑。 分子印跡聚合物是一種對(duì)目標(biāo)分子具有特殊識(shí)別能力的高分子材料，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域如固相萃取、色譜分離、薄膜分離、傳感器等。離子印跡聚合物與分子印跡聚合物具有相似的原理，它的選擇作用是基于配位基的特異性，如離子的配位結(jié)構(gòu)、配位數(shù)、價(jià)態(tài)等。近年來，離子印跡聚合物已經(jīng)被廣泛報(bào)道。Andac等用羥乙基甲基丙烯酸酯-N-甲基丙烯酰氯-L-谷氨基酸作為配位單體成功地制備了鋁離子印跡聚合物。Otero-Romaní等用2-(二乙基氨基)甲基丙烯酸乙酯作為功能單體制備了鎳離子印跡聚合物，并且成功地應(yīng)用于固相萃取技術(shù)檢測(cè)海水中的鎳離子。Hoai等用甲基丙烯酸和乙烯基吡啶為功能單體制備了多孔型銅離子印跡聚合物微粒。離子印跡聚合物的傳統(tǒng)合成方法是通過本體聚合、沉淀聚合和懸浮聚合來實(shí)現(xiàn)的，雖然具有較好的選擇性，但由于離子被深深包埋在聚合物內(nèi)部，存在吸附容量低，傳質(zhì)阻力大等缺點(diǎn)。 為了克服這些缺點(diǎn)，表面離子印跡技術(shù)是一種比較好的選擇。近來，表面離子印跡技術(shù)引起了人們的廣泛關(guān)注，由于其模板離子能夠比較徹底的去除并具有較快的吸附速率。Bi等成功合成了銅離子表面印跡聚合物，用甘氨酸，甘氨酰替基氨酸和三甘氨酸作為配位基使之功能化，在不同pH值下該銅離子表面印跡聚合物對(duì)銅離子表現(xiàn)了高的吸附容量和選擇能力。Gao等在硅膠球微粒上制備的離子印跡材料，對(duì)模板離子表現(xiàn)了突出的吸附和選擇能力。Fang等利用表面印跡技術(shù)偶聯(lián)溶膠-凝膠的方法制備了一種具有離子印跡功能的硅膠吸附劑，這種印跡吸附劑對(duì)鉛離子的吸附表現(xiàn)出了優(yōu)良的特性，如較強(qiáng)的耐酸性，以及較高的選擇性，在鉛離子痕量檢測(cè)中獲得滿意的效果。 然而，大部分表面離子印跡聚合物都是在二氧化硅球體粒子的表面合成。如果以Fe3O4為載體將離子印跡聚合物修飾在其表面，這種材料不僅具有高的吸附能力，低的傳質(zhì)阻力和磁性分離的特點(diǎn)，而且將以一種既方便又經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用方式取代離心和過濾的過程。而據(jù)我們所知，至今還沒有關(guān)于在Fe3O4表面合成金屬離子印跡聚合物的報(bào)道。
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